(12) OPIS PATENTOWY(19) PL (11) ( 86) Data i numer zgłoszenia międzynarodowego , PCT/EP96/05666

Transkrypt

1 RZECZPOSPOLITA POLSKA (12) OPIS PATENTOWY(19) PL (11) (21 ) Numer zgłoszenia (13) B1 Urząd Patentowy Rzeczypospolitej Polskiej (54) (22) Data zgłoszenia ( 86) Data i numer zgłoszenia międzynarodowego , PCT/EP96/05666 (87) Data 1 numer publikacji zgłoszenia międzynarodowego , W 097/28408, PCT Gazette nr 34/97 Urządzenie do ciągłej obróbki materiału ziarnistego, takiego jak surowa mączka cementowa (51) IntCl7 F27B 15/00 (30) Pierwszeństwo: ,DK,0109/96 (73) U praw niony z patentu: F L SMIDTH & CO A/S, Valby Copenhagen, DK (43) Zgłoszenie ogłoszono: BUP 01/99 (72) Twórcy w ynalazku: Jorn Touborg, Valby Copenhagen, DK (45) o udzieleniu patentu ogłoszono: WUP 07/04 (74) Pełnom ocnik: Sierpińska Urszula, PATPOL Spółka z o.o. PL B1 (57)1 Urządzenie do ciągłej obróbki materiału ziarnistego, takiego jak surowa mączka cementowa, zawierające przynajmniej jeden podzespół do obróbki wstępnej, połączony z przynajmniej jed - nym stacjonarnym reaktorem, składającym się z pionowego naczynia walcowatego, zakończonego od dołu ścianą w kształcie stożka ściętego, którego dno jest otwarte 1 połączone z górną częścią znajdującego się poniżej podzespołu do obróbki następczej przez wspólny pionowy kanał środkowy, co umożliwia równoczesne przechodzenie gazu zawiesinowego z podzespołu do obróbki następczej do reaktora 1 materiału wyładowywanego z reaktora do podzespołu do obróbki następczej, przy czym reaktor jest również wyposażony w przynajmniej jeden wlot wstępnie obrobionego materiału, znam ienne tym, ze reaktor (6) ma podzespół regulacyjny w postaci odcinka rury (23), umieszczonego przemieszczalme we wlocie gazu (21) w kanale środkowym (16) reaktora (6), oraz korzystnie w postaci rusztowego dna (24) 1 elementu napełniającego (26), umieszczonych przemieszczalnie w przynajmniej jednym podłączonym dodatkowym urządzeniu, korzystnie chłodnicy (8), dla regulowania amplitudy pulsacji złoza w sposób kontrolowany.

2 Urządzenie do ciągłej obróbki materiału ziarnistego, takiego jak surowa mączka cementowa Zastrzeżenia patentowe 1. Urządzenie do ciągłej obróbki materiału ziarnistego, takiego jak surowa mączka cementowa, zawierające przynajmniej jeden podzespół do obróbki wstępnej, połączony z przynajmniej jednym stacjonarnym reaktorem, składającym się z pionowego naczynia walcowatego, zakończonego od dołu ścianą w kształcie stożka ściętego, którego dno jest otwarte i połączone z górną częścią znajdującego się poniżej podzespołu do obróbki następczej przez wspólny pionowy kanał środkowy, co umożliwia równoczesne przechodzenie gazu zawiesinowego z podzespołu do obróbki następczej do reaktora i materiału wyładowywanego z reaktora do podzespołu do obróbki następczej, przy czym reaktor jest również wyposażony w przynajmniej jeden wlot wstępnie obrobionego materiału, znamienne tym, że reaktor (6) ma podzespół regulacyjny w postaci odcinka rury (23), umieszczonego przemieszczalnie we wlocie gazu (21) w kanale środkowym (16) reaktora (6), oraz korzystnie w postaci rusztowego dna (24) i elementu napełniającego (26), umieszczonych przemieszczalnie w przynajmniej jednym podłączonym dodatkowym urządzeniu, korzystnie chłodnicy (8), dla regulowania amplitudy pulsacji złoża w sposób kontrolowany. 2. Urządzenie według zastrz. 1, znamienne tym, ze kanał środkowy (16) reaktora (6) poniżej odcinka wlotu gazu (21) zawiera odcinek oddzielający (22), którego stosunek długości do średnicy wynosi pomiędzy 1 a 10. * * * Przedmiotem wynalazku jest urządzenie do ciągłej obróbki materiału ziarnistego, takiego jak surowa mączka cementowa. Z europejskiego opisu patentowego EP-B jest znane urządzenie, w którym ciągłe uwalnianie produktu ze stacjonarnego reaktora przebiega w taki sposób, że wypalone ostatecznie cząstki klinkieru o wymiarze przekraczającym wstępnie określoną granicę przechodzą przez wlot gazu przeciwprądowo do gazu zawiesinowego, pod wpływem siły grawitacyjnej. Wadą takiego urządzenia jest niestałość utrzymywania w reaktorze pożądanej ilości materiału, ponieważ zmiana prędkości podawania wsadu nie prowadzi automatycznie do odpowiadającej zmiany prędkości uwalniania materiału. W urządzeniu takim jest zatem trudno uzyskać optymalny czas retencji klinkieru w reaktorze pod względem charakterystyki reakcji i energii, ponieważ całe złoze albo duża jego część poddana pewnym warunkom roboczym, jest albo ściągane całe w dół, co powoduje całkowite albo częściowe opróżnienie reaktora, albo rozszerza się ku górze w reaktorze. Dalszą wadą tego urządzenia jest to, że może być zastosowane wyłącznie w procesach reakcyjnych, w których następuje ciągły wzrost wagi cząstek. Celem wynalazku jest opracowanie urządzenia, które umożliwi stałe utrzymywanie pożądanej ilości materiału w reaktorze. Urządzenie do ciągłej obróbki materiału ziarnistego, takiego jak surowa mączka cementowa, zawierające przynajmniej jeden podzespół do obróbki wstępnej, połączony z przynajmniej jednym stacjonarnym reaktorem, składającym się z pionowego naczynia walcowatego, zakończonego od dołu ścianą w kształcie stożka ściętego, którego dno jest otwarte i połączone z górną częścią znajdującego się poniżej podzespołu do obróbki następczej przez wspólny pionowy kanał środkowy, co umożliwia równoczesne przechodzenie gazu zawiesinowego z podzespołu do obróbki następczej do reaktora i materiału wyładowywanego z reaktora do podzespołu do obróbki następczej, przy czym reaktor jest również wyposażony w przynajmniej jeden wlot wstępnie obrobionego materiału, według wynalazku charakteryzuje się tym, ze reaktor ma podzespół regulacyjny w postaci odcinka rury, umieszczonego przemieszczalnie

3 we wlocie gazu w kanale środkowym reaktora, oraz korzystnie w postaci rusztowego dna i elementu napełniającego, umieszczonych przemieszczalnie w przynajmniej jednym podłączonym dodatkowym urządzeniu, korzystnie chłodnicy, dla regulowania amplitudy pulsacji złoża w sposób kontrolowany. Kanał środkowy reaktora poniżej odcinka wlotu gazu zawiera odcinek oddzielający, którego stosunek długości do średnicy wynosi pomiędzy 1 a 10. W testach przeprowadzonych w instalacji testowej zaprojektowanej według zaleceń wynalazku stwierdzono, iż część klinkieru cementowego uwalniana jest z reaktora na długo przed tym, jak cząstki klinkieru m ają wystarczające wymiary do pokonania przepływu gazu zawiesinowego wyłącznie dzięki sile ciężkości. Okazało się również, ze zmiany w prędkości gazu do 50% miały jedynie niewielki wpływ na wymiar cząstek klinkieru uwalnianych z reaktora. Bardziej szczegółowe badanie wskazało, iż uwalnianie klinkieru z reaktora zachodzi w sposób przerywany i, równocześnie z nim, całe złoże, albo część złoża w pobliżu wlotu gazu pulsuje w górę i w dół w reaktorze. Ponadto rozkład wymiarów cząstek materiału uwalnianego z reaktora jest zasadniczo równoważny materiałowi zawartemu w reaktorze. Tak więc zawieszone złoże można doprowadzić do pulsacji w górę i w dół w reaktorze i w ten sposób z reaktora może być uwolniony klinkier. Pulsacja w złożach zawiesinowych, takich jak złoża spustowe, nie jest obca ekspertom w tej dziedzinie, ale aż do tej pory pulsację uważano za zjawisko, którego korzystnie należy unikać. Literatura specjalistyczna wydaje się wskazywać, iż nikt nie przeprowadził szczegółowych badań nad zjawiskiem pulsacji w celu ustalenia pierwotnej przyczyny (przyczyn) pulsacji. Przeciwnie, istnieje wiele opisów odpowiednich sposobów, które można zastosować w celu uniknięcia pulsacji. Z przeprowadzonych testów wynika, ze pulsacja spowodowana jest przez wiele współdziałających czynników. W tym kontekście, czynnikiem o szczególnym znaczeniu jest związek pomiędzy masą zawieszonego złoża a siłami sprężystości i bezwładności wynikającymi z objętości powietrza obecnych ponad i pod złozem w reaktorze jak również w podłączonych urządzeniach. Innymi czynnikami determinującymi zachowanie się złoza są charakterystyka wentylatora, wymiary przewodu wlotowego gazu, kąt stożkowego odcinka reaktora oraz parametry robocze, takie jak średnia prędkość przepływu masowego gazu, średnia prędkość gazu, prędkość materiału i temperatura w reaktorze, jak również w przewodzie wlotowym gazu. Właściwe dobranie i regulacja wspomnianych powyżej czynników pozwoli każdemu ekspertowi w tej dziedzinie uzyskać stabilny tryb pracy o pożądanej charakterystyce pulsacji. Na przykład, dzięki dostosowaniu objętości powietrza w podłączonych urządzeniach do pożądanej zawiesiny złoża oraz do przepływu gazu, można modulować częstotliwość i amplitudę pulsacji zawieszonego złoża w taki sposób, ze amplituda będzie miała wymiar dokładnie potrzebny dla zapewnienia wprowadzania pożądanej części materiału złoża, gdy złoże umieszczone jest w swym najniższym położeniu, do strefy, w której prędkość przepływu gazu jest niższa od minimalnej prędkości koniecznej dla zawieszenia cząstek złoza, i tym samym wypadanie poprzez strumień gazu z reaktora. Ponieważ amplituda wzrośnie wraz z wzrostem masy zawieszonego złoża, zatem ilość materiału uwalnianego w ten sposób z reaktora zwiększa się wraz ze wzrostem masy zawieszonego złoża. W rezultacie, masa zawieszonego złoza pozostaje stabilna wewnątrz bardzo ograniczonego zakresu a ponadto dopasuje się do wybranych parametrów pracy. Urządzenie według wynalazku umożliwia stałe utrzymywanie w reaktorze pożądanej ilości materiału, ponieważ zmiana prędkości podawania materiału automatycznie prowadzi do podobnej zmiany prędkości uwalniania materiału. Ułatwia to sterowanie czasem retencji materiału w reaktorze, w porównaniu z urządzeniami znanymi ze stanu techniki, tym samym powodując bardziej jednorodny czas retencji materiału i zapewniając optymalizację charakterystyki reakcji i energii. Urządzenie według wynalazku można stosować również do reaktorów, w których nie zachodzi ciągłe przyrastanie masy cząstek. W rzeczywistej praktyce, wymiary i parametry robocze reaktora jak również objętości podłączonych urządzeń można wykorzystywać jako zmienne parametry regulacyjne, czy to pojedynczo czy w połączeniu.

4 Stąd można wybrać regulowanie długości i/lub średnicy odcinka wlotu gazu w reaktorze. Najprościej dokonuje się to przed rozruchem przy pomocy jednego albo kilku odcinków oddzielających, mających pożądane wymiary i umocowanych w odcinku wlotowym gazu, ale może dokonywać się również w czasie pracy dzięki zastosowaniu odpowiednich środków, takich jak odcinki oddzielające o zmiennej długości i/lub średnicy. W praktyce okazało się być korzystne, jeżeli relację pomiędzy długością a średnicą wlotu gazu można było regulować w zakresie 0,5-6. Można również wybrać regulację w czasie pracy przynajmniej jednego parametru roboczego, takiego jak średnia prędkość przepływu masowego gazu, średnia prędkość gazu, przepływ materiału, temperatura reaktora oraz temperatura przewodu wlotowego. Jeżeli za parametr regulacyjny wybierze się średnią prędkość gazu, to prędkość ta w najwęzszej części wlotu gazu powinna być regulowana w zakresie, wynoszącym pomiędzy 1 a 10 krotnością końcowej prędkości cząstki o średnim wymiarze w materiale uwalnianym z reaktora. Zwykle reaktor włączony jest jako część większej instalacji, w której reaktor jest bezpośrednio połączony z innymi urządzeniami, a w tym wypadku pulsacja złoża w reaktorze może być również regulowana przez ustawienie objętości przynajmniej jednego podłączonego dodatkowego urządzenia w czasie pracy. Stąd możliwe jest regulowanie sprężystości poszczególnego urządzenia, co wpływa na częstotliwość i amplitudę pulsacji w taki sposób, że uzyskuje się pożądaną charakterystykę pulsacji. W pewnych wypadkach byłoby pożądane, aby pewna frakcja, zwykle najdrobniejsza frakcja uwalniana z reaktora, mogła być zawracana do reaktora. Może być to pożądane w przypadku, gdy czas retencji tej frakcji materiału uzna się za nieodpowiedni. Dlatego tez, urządzenie według wynalazku umożliwia klasyfikację materiału uwalnianego z reaktora, jak również zawrócenie pożądanej frakcji sklasyfikowanego materiału do reaktora. Klasyfikację można przeprowadzać w postaci rozdzielania powietrznego, które porywa materiał przeprowadzany przez zasadniczo pionowy kanał przeciwprądowo do gazu zawiesinowego, z prędkością gazu w kanale utrzymywaną w zakresie równym 0,1 do 1 krotności końcowej prędkości cząstki o średnim wymiarze w materiale zawartym w złożu. Przedmiot wynalazku jest uwidoczniony w przykładzie wykonania na rysunku, na którym fig. 1 przedstawia widok z boku przykładowego urządzenia według wynalazku; a fig. 2 - częściowo przekrojowy widok, przedstawiający w powiększeniu część urządzenia przedstawionego na fig. 1. Figura 1 przedstawia instalację do produkcji klinkieru cementowego, zawierającą podgrzewacz wstępny zawiesiny, który składa się z trzech cyklonów 1, 2 i 3, kalcynator 4 z oddzielnym cyklonem 5, stacjonarny reaktor 6 wyposażony w oddzielny cyklon 7, pierwszą chłodnicę 8 klinkieru oraz drugą chłodnicę 9 klinkieru. Surową mączkę cementową dostarcza się do instalacji przy wlocie 10 i przenosi w znany sposób przez cyklony 1, 2, 3 wstępnego nagrzewania do kalcynatora 4 przez przewód 11. Kalcynator 4 zasilany jest paliwem przy wlocie 12 i powietrzem spalania z przewodu 13 zarówno z rozdzielającego cyklonu 1 reaktora jak i z drugiej chłodnicy 9. W kalcynatorze 4 wstępnie ogrzana mączka surowa ulega w znany sposób kalcynacji w zawiesinie, a zawiesinę gazu spalinowego i kalcynowanej surowej mączki przenosi się przez wylot 5a do rozdzielającego cyklonu 5, z którego gaz spalinowy odprowadza się do cyklonów 1, 2, 3 wstępnego podgrzewacza, a następnie gaz uwalniany jest z instalacji poprzez wylot gazu 14. Oddzielona kalcynowana mączka surowa podawana jest z rozdzielającego cyklonu 5 do reaktora 6 przez przewód 15 i wlot materiału 15a. Instalacja może również zawierać przewód 11a dla przeprowadzania części wstępnie podgrzanej mączki surowej za kalcynator 4 bezpośrednio na szczyt reaktora 6, gdzie jest wprowadzana i mieszana z gazami wylotowymi z reaktora 6 w celu obniżenia temperatury w tej strefie tak, że unika się spieków w rozdzielającym cyklonie 7. Reaktor 6, który ma postać stożkowatego złoża spustowego, zasilany jest powietrzem spalania i powietrzem zawieszającym z pierwszej chłodnicy 8 poprzez kanał 16 i paliwem poprzez wlot 17. Ostatecznie wypalony klinkier uwalniany jest z reaktora 6 i przeprowadzany przez kanał 16 do chłodnicy 8 przeciwprądowo do powietrza chłodzącego, które podawane

5 jest do i przez chłodnicę 8 przy pomocy wentylatora 18. Z pierwszej chłodnicy 8 klinkier przeprowadzany jest poprzez przewód 19 do drugiej chłodnicy 9, która zasilana jest powietrzem chłodzącym przy pomocy wentylatora 20. Kanał 16 składa się z odcinka wlotu gazu 21 najbliższego reaktora 6 i leżącego poniżej odcinka oddzielającego 22 mającego większe pole przekroju poprzecznego. Zasadniczo, kanał 16 może mieć dowolny kształt przekroju poprzecznego, chociaż zwykle jest zasadniczo okrągły. Wymiary i parametry robocze reaktora 6, oraz objętości podłączonych dodatkowych urządzeń, takich jak wolna objętość 8a leżącej poniżej chłodnicy 8, wybiera się przed rozruchem instalacji do pełnienia zamierzonego zadania opartego na uprzednim doświadczeniu roboczym tak, by zapewnić pulsację w górę i w dół złoża w reaktorze 6 w czasie pracy. Przy rozruchu i możliwie w następnym etapie w czasie pracy, amplituda pulsacji modulowana jest tak, że dla każdego cyklu pulsacji złoże przesuwa się w dół w takim stopniu, że pożądana część materiału złoża wprowadzana jest do odcinka oddzielającego 22 kanału 16, w którym prędkość przepływu gazu jest niższa od minimalnej prędkości wymaganej dla zawieszenia cząstek złoża i tym samym spada poprzez strumień gazu poza reaktor 6, natomiast pozostała część złoża unosi się z powrotem do reaktora 6. Figura 2 przedstawia przykłady zespołów, które można wykorzystać do regulacji pulsacji złoża. Długość odcinka wlotu gazu 21 może być regulowana przy pomocy rurowego odcinka 23, który umieszczany jest teleskopowo w odcinku wlotu gazu 21 i może się przemieszczać w górę i w dół jak wskazano podwójną strzałką 23a. W instalacjach, w których temperatura robocza jest niska w przeciwieństwie do przedstawionej instalacji, średnica odcinka wlotu gazu 21 może np. być regulowana przy pomocy nie przedstawionego zespołu miechów rurowych. Do regulacji wolnej objętości 8a chłodnicy 8 można zastosować kilka sposobów. Na przykład, rusztowe dno 24 chłodnicy może się podnosić lub obniżać, jak wskazano podwójną strzałką 25, albo element napełniający 26 może być przymocowany w sposób ruchomy do wewnątrz i na zewnątrz chłodnicy 8, jak wskazano podwójną strzałką 27. Inny sposób wykorzystuje regulację objętości klinkieru w chłodnicy 8 poprzez regulację prędkości uwalniania względem prędkości podawania. Regulację przepływu gazu o prędkości gazu płynącego przez kanał 16 oraz reaktor 6 można przeprowadzić przy pomocy dmuchawy 18, natomiast regulację przepływu materiału do reaktora 6 można przeprowadzić poprzez regulację przepływów materiału w przewodach 10, 11 i 11 a. Temperaturę reaktora 6 można regulować poprzez ustawianie zasilania paliwa poprzez wlot 17, natomiast temperaturę w kanale 16 można ustawiać w dół i w górę poprzez, odpowiednio, dodawanie zimnego powietrza albo zapalenie paliwa w wolnej objętości 8a chłodnicy albo w samym kanale. Instalacja według wynalazku może zawierać kilka reaktorów 6, które umieszczone są równolegle. Reaktory 6, mogą być pojedynczo połączone w celu oddzielenia zespołu wstępnej obróbki, mogą być połączone grupowo do kilku zespołów wstępnej obróbki albo m ogą być podłączone do jednego i tego samego zespołu wstępnej obróbki. Reaktory 6 mogą być podłączone pojedynczo do zespołu obróbki następczej, mogą być podłączone w grupach do kilku zespołów obróbki następczej albo mogą być podłączone do jednego i tego samego zespołu obróbki następczej. W zalecanym przykładowym wykonaniu, reaktory 6 podłączone są do jednego i tego samego zespołu obróbki wstępnej i do oddzielnych jednostek obróbki następczej.

6

7 Fig

8 Fig.1 Departament Wydawnictw UP RP Nakład 50 egz. Cena 2,00 zł.